[发明专利]一种高强韧耐蚀锆银二元合金及其制备方法

说明书

本发明为一种高强韧耐蚀锆银二元合金及其制备方法。该合金为锆银合金，两种元素所占原子比分别为：Zr 80～96at％，Ag 4～20at％，余量为不可避免的杂质。制备中采用非自耗真空电弧熔炼炉、工业级海绵锆即可得到目标合金。本发明得到的合金与原有不含银元素的纯锆相比，本发明中锆银二元合金具有较好的耐蚀性和优异的力学性能，除此上外，本发明合金还具有生产工艺简单、性能良好等特点。

技术领域

本发明涉及锆合金领域，特别涉及一种新型高强韧耐蚀锆银二元合金及其制备方法。

背景技术

锆原子被称为“原子时代的第一金属”,具有较低的热中子吸收截面、优异的耐腐蚀性能以及良好的力学性能和加工性能,在核工业中已得到了大量应用。近年来,随着化工、医疗、航空航天等领域对材料的性能要求原来越高,锆合金因其优异的耐蚀性在这些非核领域的应用也愈发广泛。锆合金具有熔点高、比强度大、热膨胀系数小等优异性能。因此,锆合金在耐蚀结构材料方面有着十分广阔的应用前景。

随着我国化工行业,航空航天航海事业的飞速发展,传统的合金材料已经无法满足要求越来越严苛的服役条件,于是国内外科学家开始将研究重心逐渐向其他轻金属材料(如铝基、钛基、锆基等合金材料)转移。锆元素具有较低的热中子吸收面积(0.18×10^-28m²)以及优异的耐腐蚀性能,这为锆及其合金在核工业、航空航天等特定领域的应用开辟了广阔的前景。在辐照条件下，材料易发生形状、尺寸、结构、物理性能上的改变，这种改变将影响在轨航天器的稳定运行。为满足航空航天发展的需求，研发一种耐辐射、适应空间低温、耐辐照、耐磨损、超高真空环境下工作稳定的新型合金成为许多科研人员研究的对象。除了具备优异的抗中子辐照性能外，锆及锆合金具有密度低、耐蚀性好、热膨胀系数小，良好的抗氧原子侵蚀性能等，因此锆合金还具有成为航天领域材料的潜质。锆金属表面易与氧气发生反应生成一层致密的氧化膜，这种氧化膜能有效防止氧原子进一步扩散和抵御腐蚀因子的破坏，因此锆合金具有优异的耐腐蚀性。同时锆原子在与传统合金元素的综合比较中具有低密度、低的热膨胀系数以及良好的生物相容性等优势。因此,锆及锆合金不仅仅局限于作为结构材料应用于核工业,航空航天以及化工领域，因具有无磁,低弹性模量,耐蚀性以及生物兼容性等特性在医疗领域也多有应用。

合金化方法主要是在金属锆基体中加入所需的不同元素,然后采用不同的工艺手段来调整合金的微观结构和形貌,获得最终所需的合金性能。采用不同的成分和特定的工艺调整合金,可以表现出固溶强化、第二相强化和细晶强化机制。以锆为基体，向其中加入不同含量银元素来制备新型锆银二元合金，通过调整银元素的含量来获得更优异的性能。与钛合金一样，锆合金在熔炼过程中需采用惰性气体或者在真空条件下进行熔炼，目前锆合金的熔炼方式主要有非自耗电弧熔炼、真空自耗电弧熔炼、电子束熔炼、等离子熔炼、电磁感应熔炼等方式。铸态的锆合金铸锭由于合金内部容易存在不均匀等问题，一般不能直接进行使用，工业上通常通过热处理结合连续变形再结晶等方式获得成分均匀的合金。

一种锆银合金靶材及其制备方法与应用(专利号：CN201410180389.2)中，这种锆银合金靶材的制备方法,其特征在于所述锆银合金靶材按质量百分比的组成为：锆97％～99.5％,银0.5％～3％；该专利中，银0.5％～3％是利用银元素具有抗菌性的机理，随着Ag的比例增加，由于溶质再分配和扩散不充分，容易引起成分偏析等问题；而且由于要防止材料受潮、氧化，该方法主要步骤为将海绵锆和银屑压制成电极后在氮气氛围下进行熔炼，由于电极本身就是待精炼的物质，在放电过程中，电极同熔池一起形成电弧，在此工艺过程中电极被熔化。并且熔炼是采用真空自耗电弧熔炼炉，存在着熔炼过程会产生粗晶且操作不够简便的不足，另外电极在焊接过程中也会存在被氧化的可能。

发明内容